Isolation of Nucleic Acids from Different Biological Objects with Silica—Magnetite Nanoparticles

Abstract

Now, modified magnetic particles are widely used in different biological and medical applications (enzyme and protein immobilization, cells separation and purification, MRI, targeted drug delivery, etc.). The aim of the present study is to reveal the ability of synthesized silica-modified magnetic particles to isolate DNA from the biological tissues in comparison with common method used the non-magnetic particles. Magnetite (Fe3O4) particles are prepared via co-precipitation of Fe+2 and Fe+3 with NH4OH in aqueous solution. Silica—magnetite nanocomposites are prepared via tetraethoxysilane hydrolyzation in alcohol—water—ammonia mixture. The average core size of synthesized magnetic nanoparticles is about 15 nm (according to the TEM data). Application of these compounds for DNA isolation from different biological objects showed significant time-savings, overall higher yields, lower RNA contamination and better polymerase chain reaction (PCR) amplification compared to commercial available silica non-magnetic particles (Promega). High efficiency of nucleic-acid purification by silica—magnetite particles is confirmed in molecular assays with reverse transcriptase—polymerase chain reaction (RT—PCR) assays of RNA- and DNA-virus diseases of plants, avian, cattle and estimation of bacterial spectrum in dairy products (probiotics).

Модифіковані магнетні частинки зараз широко використовуються для різних біологічних та медичних застосувань (іммобілізація ензимів та білків, виділення та очищення клітин, ЯМР, направлена доставка ліків та ін.). Метою цього дослідження було показати здатність синтезованих магнетних частинок, модифікованих кремнеземом, виділяти ДНК з різних біологічних тканин у порівнянні із стандартною методою з використанням немагнетних частинок. Магнетитові (Fe3O4) частинки було одержано шляхом співосадження Fe+2 та Fe+3 за допомогою NH4OH у воднім розчині. Силікамагнетитові нанокомпозити були одержані шляхом гідролізації тетраетоксисилана у спирто-водяно-амонійній суміші. Середній розмір ядра синтезованих магнетних наночастинок був біля 15 нм (за даними просвітлювальної електронної мікроскопії). Застосування цих сполук для виділення ДНК зрізних біологічних тканин виявило значне заощадження часу, загальний більш високий вихід ДНК, більш низьку кількість домішок РНК та кращу ампліфікацію полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) у порівнянні з традиційними силіційовими немагнетними частинками (Promega). Високу ефективність очищення нуклеїнових кислот за допомогою силіка-магнетитових частинок було підтверджено в молекулярно-біологічних тестах, що були виконані на основі зворотньої транскрипції з подальшою полімеразною ланцюговою реакцією (ЗТ—ПЛР) щодо виявлення РНК та ДНК вірусних захворювань рослин, птахів, сільськогосподарських тварин та оцінки якости молочних продуктів (пробіотиків).

Модифицированные магнитные частицы сейчас широко используются в различных биологических и медицинских приложениях (иммобилизация энзимов и белков, выделение и очистка клеток, ЯМР, направленная доставка лекарств и т.д.). Целью настоящего исследования было показать способность синтезированных магнитных частиц, модифицированных кремнеземом, выделять ДНК из различных биологических тканей по сравнению со стандартным методом с использованием немагнитных частиц. Магнетитовые (Fe3O4) частицы были получены путем соосаждения Fe+2 и Fe+3 с помощью NH4OH в водном растворе. Кремний-магнетитовые нанокомпозиты были приготовлены путем гидролизации тетраетоксисилана в спирто-водно-аммониевой смеси. Средний размер ядра синтезированных магнитных наночастиц был около 15 нм (по данным просвечивающей электронной микроскопии). Применение этих соединений для выделения ДНК из различных биологических тканей выявило значительную экономию времени, общий более высокий выход ДНК, более низкое количество примесей РНК и лучшую амплификацию полимеразной цепной реакции (ПЦР) по сравнению с коммерчески доступными кремниевыми немагнитными частицами (Promega). Высокая эффективность очистки нуклеиновых кислот с помощью кремний-магнетитовых частиц была подтверждена в молекулярно-биологических тестах, выполняемых на основе обратной транскрипции с последующей полимеразной цепной реакцией (ОТ—ПЦР) по выявлению РНК и ДНК вирусных заболеваний растений, птиц, сельскохозяйственных животных и оценке качества молочных продуктов (пробиотиков).